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  • 介绍了永磁同步直线电机技术、应用范围和直线电机的类型及选型,分析了直线电机伺服控制系统的多种控制方法存在的利弊,为直线电机的高精度控制的实现提供帮助。
  • 永磁同步直线电机控制方法研究
  • 基于迟滞函数的永磁同步直线电机滑模控制
  • 永磁同步直线电机模型 maxwell仿真 ansoft 版本是maxwell16 亲测可用,可供参考
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  • 本文首先介绍了直线电机和相关控制技术的基本原理、发展历史及其分类,接着介绍了当前应用于永磁同步电机的主要的控制策略,以及本文所采用的控制策略,具体分析了控制框图和所采用的一些控制方法。再接着介绍了控制...
  • 永磁同步直线电机矢量控制系统中初始寻相和电角度的测定
  • 在2019年第23期《电工技术学报》上撰文指出,受定子绕组磁动势谐波分量与纵向端部效应的影响,两相圆筒型永磁同步直线电机的实际相电感与理想相电感之间存在差异,导致传统基于高频方波注入的无传感算法不再适用。...

    清华大学机械工程系、清华大学精密超精密制造设备与控制北京市重点实验室的研究人员张春雷、张辉、叶佩青、张鲁宏,在2019年第23期《电工技术学报》上撰文指出,受定子绕组磁动势谐波分量与纵向端部效应的影响,两相圆筒型永磁同步直线电机的实际相电感与理想相电感之间存在差异,导致传统基于高频方波注入的无传感算法不再适用。

    该文在直线电机动子与定子绕组完全耦合的情况下,通过有限元的方法对两相圆筒型永磁同步直线电机电感特性进行分析,并从实际相电感出发,求解得到静止轴高频方波注入的电机模型。通过拓展卡尔曼滤波算法提取估计的速度和位置信息,在不降低系统带宽的条件下实现了动子位置实时检测。最后通过实验验证了所提出的改进无传感算法的有效性。

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    圆筒型永磁同步直线电机(Tubular Permanent Magnet Synchronous Linear Motor,TPMSLM)由于其结构简单、推力密度大、没有横向边端力和齿槽效应带来的推力波动的影响,使其在直线电机驱动领域有着广泛的应用前景。

    TPMSLM的矢量控制需要实时的位置反馈,但位置传感器的安装既增加了电机体积,提升了制造成本,又降低了系统的可靠性,这使得无传感位置检测方法成为有效解决方案之一。

    永磁同步电机的无位置传感器算法的研究方向主要包括两类:基频反电动势法和高频注入法。基频反电动势法是通过定子电压的反电动势来提取动子的位置信息,适合在高速下辨识动子位置。高频注入算法则是基于电机的凸极性,通过高频激励的反馈信号估计动子位置,因此在全速范围都能适用。

    高频注入算法按注入波形可分为:高频正弦波注入和高频方波注入。相较而言,高频方波注入法具有显著提升系统带宽的优势。高频注入算法根据信号注入坐标系可以分为:静止轴方波注入和估计旋转轴注入[8]两种。两种方法相较而言,静止轴方波注入方法更为简单,收敛性更好。

    近年来,无传感注入方案的研究方向主要集中在算法性能提升方面,如提升算法鲁棒性、提高系统带宽或者是简化算法。

    以上这些无传感算法主要是针对旋转电机的。对于TPMSLM的无传感算法特别是基于高频方波注入的无传感算法的研究相对还较为欠缺。掌握电机的电感变化规律是研究高频注入无传感算法的前提。直线电机由于存在纵向端部效应,导致电机的相电感存在不对称性。国内外学者对于这种不对称现象进行了研究。

    • 有学者采用能量摄动法研究了多段永磁直线电机的电感参数变化特点。
    • 有学者在考虑谐波磁场的影响下,研究推导了电机的磁场分布及自感、互感的解析表达式。
    • 有学者对TPMSLM绕组电感的不对称性做出了定量描述,并研究了其对推力的影响。

    以上研究主要是针对三相直线电机。对于两相TPMSLM,其电感变化规律仍需要进一步研究,但三相电机电感的研究方法可以借鉴使用。

    本文在定子与动子完全耦合的条件下,研究了两相TPMSLM电感参数的特点及其对传统高频方方波注入无传感算法的影响。在此基础上,提出了一种离线测量和扩展卡尔曼滤波相结合的改进无传感估计算法,以实现动子位置的实时估计,并在实验平台上验证了该方法的有效性。

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    图1 两相圆筒型永磁同步直线电机

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    图7 实验设备

    结论

    本文通过有限元和实验的方法研究了两相TPMSLM在动子与定子绕组完全耦合的情况下的电感变化规律。并针对该电机的特殊电感系数导致传统无传感算法无法适用的问题,提出了一种基于离线获取电感比例系数与EKF相结合的无传感算法。

    该无传感算法能有效地估计两相TPMSLM的动子位置,且所估计动子位置与霍尔传感器相比不存在相位滞后。对于凸极性不明显的实验电机,所提算法估计出的动子位置精度不高,主要能用于位置精度要求较低的无传感控制和与已有位置传感器进行可靠性校核。

    但对一般的两相TPMSLM,所提算法具有其实用意义。对于动子与定子绕组不完全耦合情况下的无传感算法,其电感变化规律更为复杂,将会作为下一阶段的研究方向。

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  • 永磁同步直线电机学习笔记

    千次阅读 2018-05-24 23:18:35
    直线电机优点:取消了机械传动环节,具有高速、高精和“零传动”特性,成为数控机床的重要功能部件,是高端数控机床的发展趋势。缺点:铁芯两端开路,具有边端效应;电机功率因数低;位置检测:主要有光栅尺和磁栅尺...

    直线电机

    优点:

    取消了机械传动环节,具有高速、高精和“零传动”特性,成为数控机床的重要功能部件,是高端数控机床的发展趋势。

    缺点:

    铁芯两端开路,具有边端效应;

    电机功率因数低;

    位置检测:

    主要有光栅尺和磁栅尺,分辨率可以做到0.5um-1um。随着光栅刻腐技术和电子技术的发展,光栅莫尔条纹细分技术的不断改进,光栅技术得到快速发展。一般有ABR三组差分信号,AB为正交编码信号,R为基准/校准参考信号。

    软件架构:

    1,初始定位程序


    2,中断控制程序(位置、速度、电流环)


    3,坐标变换程序


    4,SVPWM


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  • 制造业中需要的线形驱动力,传统的方法是用旋转电机加滚珠丝杠的方式提供。...直线电机直接产生直线运动,没有中间转换环节,动力是在气隙磁场中直接产生的,可获得比传统驱动机构高几倍的定位精度和快速响应速度。
  • 点击标题下「中国电机工程学报」即可关注本...基于深度神经网络模型的无铁芯永磁同步直线电机结构优化研究杨阳,赵吉文,宋俊材,董菲,何中燕,宗开放DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.1820191项目背景中国制造2025...
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    基于深度神经网络模型的无铁芯永磁同步直线电机结构优化研究

    杨阳,赵吉文,宋俊材,董菲,何中燕,宗开放

    DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.182019

    1项目背景

    中国制造2025计划中,提出了实行高端装备创新工程,“高档数控机床和机器人”是其优先发展的重点领域。永磁直线电机伺服系统是高端数控机床等重大装备的核心部件,其中无铁芯永磁同步直线电机因无齿槽效应、高动态响应等优点,在激光加工、增材制造等应用领域前景广阔。然而推力波动的存在,给直线电机的基础研究和应用开发,带来了诸多挑战,需要从电机本体结构进行优化设计,确保电机的高动态响应和高精度等性能。

    2论文所解决的问题及意义 

    针对无铁芯永磁同步直线电机高性能需求,研究了基于数据驱动的深度学习算法解决电机复杂的建模问题。本文以解析分析和有限元建模获取电机结构参数与输出性能的样本数据,采用深度神经网络建立直线电机快速计算模型,为结构参数优化提供高精度、高效率的模型支持;并以提高推力密度和抑制推力波动为目标,采用全局优化算法对电机结构参数进行多工况优化,结合仿真分析和样机测试予以验证,为直线电机结构设计优化提供一种新思路。

    3论文重点内容  

     1)永磁同步直线电机样本库的建立

    选取主要结构参数,根据参数限制条件得到1024组合方式,以2D-FEA作为计算工具,建立7极6线圈电机结构有限元模型,其FEA的磁场强度分布如图1所示。得到PMSLM结构参数与输出性能之间的关系样本库,为后续DNN建模提供数据样本。                                             fe669ea512b85492a9ca477532fbfc36.png

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    图1  FEA磁场强度分布

     2)基于深度神经网络的电机快速计算模型建立

    本文采用的深度神经网络为全连接神经网络,包括1个输入层、3层隐藏层和1层输出层。根据1024组样本数据,以PMSLM的极距等5个结构参数为输入,推力及推力波动分别为输出,建立其快速计算模型。

    建模具体步骤:1)1024组数据随机分成80%(819组)训练样本数据,20%(205组)测试样本数据,并将数据归一化到[0, 1]区间;2)搭建DNN模型。确立3层隐藏层和各层神经元个数,确保精度与效率,选取ReLU作为激活函数,然后对819组训练样本进行训练;3)回归205组测试数据。以决定系数R2为标准对模型精度进行验证,R2值在[0, 1]之间,且越接近1预测精度越高,205组回归拟合结果如图2(仅显示100组)所示。

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     3)基于免疫克隆算法的电机结构参数优化

    为使电机各输出性能尽可能达到全局最优,对优化目标进行协调。以fe669ea512b85492a9ca477532fbfc36.png不削弱,g 最小为电机的优化目标,且为了使电机在不同工况下都可以平稳运行,得到电机在不同工况下的最优结构参数。进一步将目标函数修正如下:提出多目标优化函数:

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    采用ICA对电机快速计算模型进行多目标寻优。其进化过程如图3所示。经过多次迭代实验后得到的最优解集,如表1所示。

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    图3  ICA进化代数

    表1  优化结果

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    4结论 

    本文研究一种基于深度神经网络(DNN)的PMSLM快速计算模型建立方法,在其基础上进行全局优化,获得电机结构参数最优解。并通过有限元仿真和样机实验测试验证其正确性。本文的研究内容及结论如下:

    1)研究一种深度学习—DNN的高效回归建模方法,用于映射输入结构参数与输出性能之间的关系,解决PMSLM设计优化中快速计算模型建立的问题。DNN计算模型的R2在0.99左右,表明该模型比其他建模方法更精确。

    2)引入免疫克隆算法ICA,用于确定PMSLM最优结构参数组合,从而得到最佳性能。

    3)优化后的结果表明:在不同速度下,优化后推力密度提升,推力波动被抑制。且样机实测表明该方法对PMSLM结构优化设计的有效性和先进性。

    引文信息

    杨阳,赵吉文,宋俊材,等. 基于深度神经网络模型的无铁芯永磁同步直线电机结构优化研究[J]. 中国电机工程学报, 2019, 39(20): 6085-6094.

    Yang Yang, Zhao Jiwen,Song Juncai , et al. Structural Optimization of Air-core Permanent Magnet Synchronous Linear Motors Based on Deep Neural Network Model [J]. Proceedings of the CSEE, 2019, 39(20): 6085-6094 (in Chinese).

    作者简介

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    赵吉文教授项目组长期从事直线电机设计与控制、精密测量与定位、电机状态监测与诊断等研究方向。近年来,课题组成员主持国家自然科学基金重点项目1项,参与国家基金重点项目1项(第二),主持国家自然科学基金面上项目2项,国家青年基金3项,省部级项目10余项。在TIE、TII、TIA、TEC、中国电机工程学报等期刊发表学术论文90余篇。所在研究团队目前有教师5人,在校博士和硕士研究生20余人。

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    责任编辑:朱腾翌

    审核:乔宝榆

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  • 永磁直线同步电机.rar

    2019-08-23 10:15:21
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永磁同步直线电机